KR101426527B1 - phase tracking apparatus for 3-phase power - Google Patents

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KR101426527B1
KR101426527B1 KR1020130086750A KR20130086750A KR101426527B1 KR 101426527 B1 KR101426527 B1 KR 101426527B1 KR 1020130086750 A KR1020130086750 A KR 1020130086750A KR 20130086750 A KR20130086750 A KR 20130086750A KR 101426527 B1 KR101426527 B1 KR 101426527B1
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성소영
김승근
박종원
임용곤
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한국해양과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a phase tracker for three-phase power. The phase tracker includes a two-phase conversion unit which receives signals of different phases from each output terminal outputting a three-phase signal from a three-phase AC power and outputs a third signal in which a first and a second signal, which are converted into a two-phase vector signal on rectangular coordinates, and the three-phase signals are added to each other; a first adder which outputs the sum of the first signal outputted from the two-phase conversion unit and the third signal; a multiplexer which outputs by multiplexing the imaginary part of a fourth signal to which a first compensation value set in the second signal is multiplied and the real part of the output signal from the first adder; an error calculation unit which receives the output signal from the first multiplier and calculates a phase error value; a phase calculation unit which calculates three-phase values from the output signal from the error calculation unit; and a complex value extraction unit which extracts a complex value from the output signal from the phase calculation unit and outputs the values as the first feedback signal to the first multiplier. According to the described phase tracker for three-phase AC, it is possible to reflect phase differences between the three phases, and accordingly track the phases accurately.

Description

3상 교류의 위상 추적기{phase tracking apparatus for 3-phase power} Phase tracking apparatus for three-phase power,

본 발명은 3상 교류의 위상 추적기에 관한 것으로서, 상세하게는 각 상의 위상차이가 불균일할 때도 위상각을 추적할 수 있는 3상 교류의 위상 추적기에 관한 것이다.The present invention relates to a phase tracker of a three-phase alternating current. More particularly, the present invention relates to a phase tracker of a three-phase alternating current capable of tracking a phase angle even when the phase difference of each phase is nonuniform.

일반적으로 교류파형에 대한 위상각을 검출하는 장치는 전원변환기, 액티브 필터, 저전압 보상기, 동기신호 발생회로 등 산업계의 각종 분야에서 이용되고 있다. Generally, an apparatus for detecting a phase angle with respect to an AC waveform is used in various fields of industry such as a power converter, an active filter, a low voltage compensator, and a synchronous signal generating circuit.

3상 교류는 위상이 서로 다른 3개의 교류가 발생되며, 3상 교류에 대한 위상각을 검출하는 방식은 다양하게 알려져 있다.Three-phase alternating currents generate three alternating currents having different phases, and various methods for detecting a phase angle for three-phase alternating current are known.

한편, 3상 교류 전류 또는 전압신호를 2상의 d-q 직교좌표계로 등가 변환하여 3상의 위상각을 검출하는 방식이 국내 등록특허 제10-0194670호에 개시되어 있다.On the other hand, a method of equivalently converting a three-phase alternating current or voltage signal to a d-q orthogonal coordinate system of two phases to detect a phase angle of three phases is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0194670.

그런데, 3상의 각 상에 대한 위상이 120 도만큼씩 정확하게 차이가 나지 않고 변동되는 경우 이를 정확히 추적할 수 있는 방안이 요구된다. However, there is a need for a method for precisely tracking the phase of each of the three phases when the phase does not exactly differ by 120 degrees.

본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 3상 교류 신호에 대한 위상을 정확히 추적할 수 있는 3상 교류의 위상 추적기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three phase phase tracker capable of accurately tracking a phase of a three-phase alternating current signal.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 3상 교류의 위상 추적기는 3상 교류 전원의 3상 신호를 출력하는 출력단자 각각으로부터 각 상의 신호를 입력받아 직교 좌표상의 2상의 벡터 신호로 변환한 제1 및 제2 신호와 상기 3상 신호를 상호 가산한 제3신호를 출력하는 2상 변환부와; 상기 2상 변환부에서 출력되는 상기 제1신호에 상기 제3신호를 상호 가산하여 출력하는 제1가산기와; 상기 제2신호에 설정된 제1보상값을 승산한 제4신호의 허수부분과 상기 제1가산기의 출력 신호 중 실수부분을 멀티플렉싱하여 출력하는 먹스와; 상기 먹스에서 출력되는 신호와 제1귀환신호를 상호 승산하여 출력하는 제1승산기와; 상기 제1승산기에서 출력되는 신호를 수신받아 위상 오차값을 산출하는 오차 산출부와; 상기 오차 산출부에서 출력되는 신호로부터 3상 위상값을 산출하는 위상산출부와; 상기 위상 산출부에서 출력되는 신호로부터 복소값을 추출하여 상기 제1승산기에 상기 제1귀환신호로 출력하는 복소값 추출부;를 구비한다.In order to achieve the above object, a phase tracker of a three-phase ac in accordance with the present invention includes a three-phase alternating current power source that receives a signal of each phase from each of output terminals for outputting three- A two-phase conversion unit for outputting a third signal obtained by adding the first signal and the third signal to each other; A first adder for adding the third signal to the first signal output from the 2-phase conversion unit and outputting the added signal; A multiplexer for multiplexing and outputting an imaginary part of an output signal of the first adder and an imaginary part of a fourth signal obtained by multiplying the second signal by a first compensation value; A first multiplier for multiplying a signal output from the MUX with a first feedback signal to output the multiplied signal; An error calculator for receiving a signal output from the first multiplier and calculating a phase error value; A phase calculating unit for calculating a three-phase phase value from a signal output from the error calculating unit; And a complex value extraction unit for extracting a complex value from the signal output from the phase calculation unit and outputting the complex value to the first multiplier as the first feedback signal.

본 발명에 따른 3상 교류의 위상 추적기에 의하면, 3상의 각 상의 위상차이를 반영하여 위상을 정확히 추적할 수 있는 장점을 제공한다.According to the phase tracker of the three-phase AC according to the present invention, it is possible to accurately track the phase by reflecting the phase difference of each phase of the three phases.

도 1은 본 발명에 따른 3상 교류의 위상 추적기를 나타내 보인 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a phase tracker of a three-phase alternating current according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 3상 교류의 위상 추적기를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a three phase phase tracker according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 3상 교류의 위상 추적기를 나타내 보인 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram showing a phase tracker of a three-phase alternating current according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3상 교류의 위상 추적기(100)는 2상 변환부(20), 제1가산기(30), 먹스(MUX)(40), 제1승산기(50), 오차 산출부(60), 위상 산출부(70) 및 복소값 추출부(80)를 구비한다.1, a three-phase AC phase tracker 100 according to the present invention includes a two-phase converter 20, a first adder 30, a MUX 40, a first multiplier 50, An error calculating unit 60, a phase calculating unit 70, and a complex value extracting unit 80. [

2상 변환부(20)는 3상 교류 전원(10)의 3상 교류 신호(Va, Vb, Vc)를 출력하는 출력단자 각각으로부터 각 상의 신호를 입력받아 직교 좌표상의 2상의 벡터 신호로 변환한 제1신호(α)와 제2 신호(β)와 3상 신호를 상호 가산한 제3신호(m)를 출력한다.The two-phase converter 20 receives the phase signal from each of the output terminals for outputting the three-phase alternating current signals Va, Vb and Vc of the three-phase alternating-current power source 10 and converts them into a two- And outputs a third signal m obtained by adding the first signal alpha, the second signal beta and the three-phase signal to each other.

여기서, 3상 교류전원(10)에서 출력되는 각 상의 신호는 Va, Vb, Vc로 표기하였고, Va, Vb, Vc는 전류신호 또는 전압신호가 적용될 수 있다.Here, signals of respective phases outputted from the three-phase AC power source 10 are denoted by Va, Vb, and Vc, and current signals or voltage signals may be applied to Va, Vb, and Vc.

또한, 2상 변환부(20)에서 생성되는 제1 및 제2신호(α)(β)는 3상의 교류 신호를 2상의 직교좌표인 d-q 신호로 변환하여 생성하는 신호와 동일하다.The first and second signals? And? Generated by the two-phase conversion unit 20 are the same as those generated by converting the three-phase AC signal into a d-q signal of two-phase Cartesian coordinates.

도면에서 α는 d축 좌표값이고, β는 q축 좌표값이며, m은 제3신호이다.In the drawing,? Is a d-axis coordinate value,? Is a q-axis coordinate value, and m is a third signal.

즉,

Figure 112013066448365-pat00001
이고,
Figure 112013066448365-pat00002
이고, In other words,
Figure 112013066448365-pat00001
ego,
Figure 112013066448365-pat00002
ego,

Figure 112013066448365-pat00003
이다.
Figure 112013066448365-pat00003
to be.

제1가산기(30)는 2상 변환부(20)에서 출력되는 제1신호(α)에 제3신호(m)를 상호 가산하여 출력한다.The first adder 30 adds the third signal m to the first signal? Output from the two-phase converter 20 and outputs the result.

먹스(40)는 제2신호(β)에 설정된 제1보상값(

Figure 112013066448365-pat00004
)을 승산한 제4신호의 허수부분과 제1가산기(30)의 출력 신호 중 실수부분을 멀티플렉싱하여 출력한다.The mux 40 receives the first compensation value < RTI ID = 0.0 >
Figure 112013066448365-pat00004
) And the real part of the output signal of the first adder 30 are multiplexed and output.

여기서, 제1보상값은

Figure 112013066448365-pat00005
가 적용된다.Here, the first compensation value is
Figure 112013066448365-pat00005
Is applied.

제1승산기(50)는 먹스(40)에서 출력되는 신호(

Figure 112013066448365-pat00006
)와 제1귀환신호를 상호 승산하여 후술되는 오차 산출부(60)에 출력한다.The first multiplier 50 multiplies the signal output from the MUX 40
Figure 112013066448365-pat00006
And the first feedback signal, and outputs the multiplied signal to the error calculator 60, which will be described later.

오차 산출부(60)는 제1승산기(50)에서 출력되는 신호를 수신받아 위상 오차값을 산출한다.The error calculator 60 receives the signal output from the first multiplier 50 and calculates a phase error value.

오차 산출부(60)는 아래의 수학식 1에 의해 오차값(

Figure 112013066448365-pat00007
)을 산출한다.The error calculator 60 calculates the error value (
Figure 112013066448365-pat00007
).

Figure 112013066448365-pat00008
Figure 112013066448365-pat00008

여기서,

Figure 112013066448365-pat00009
는 먹스의 출력값이며,
Figure 112013066448365-pat00010
는
Figure 112013066448365-pat00011
의 실수부분으로here,
Figure 112013066448365-pat00009
Is the output value of the mux,
Figure 112013066448365-pat00010
The
Figure 112013066448365-pat00011
As a real part of

Figure 112013066448365-pat00012
이고,
Figure 112013066448365-pat00012
ego,

Figure 112013066448365-pat00013
는
Figure 112013066448365-pat00014
의 허수부분으로
Figure 112013066448365-pat00013
The
Figure 112013066448365-pat00014
Into the imaginary part of

Figure 112013066448365-pat00015
이며,
Figure 112013066448365-pat00015
Lt;

Figure 112013066448365-pat00016
는 입력신호의 위상을 추정한 값이다.
Figure 112013066448365-pat00016
Is a value obtained by estimating the phase of the input signal.

위상 산출부(70)는 오차 산출부(60)에서 출력되는 신호로부터 3상 위상값을 산출한다.The phase calculating unit 70 calculates a three-phase phase value from a signal output from the error calculating unit 60. [

위상 산출부(70)에 의해 산출된 현재의 위상값은 3상 교류전원(10)을 이용하여 동작하는 기기 예를 들면 모터를 제어하는 제어유니트(90)에 제공된다.The current phase value calculated by the phase calculating section 70 is provided to a control unit 90 for controlling an apparatus, for example, a motor, which operates using the three-phase AC power source 10. [

위상 산출부(70)는 아래의 수학식 2에 의해 위상(

Figure 112013066448365-pat00017
)을 산출한다. The phase calculator 70 calculates the phase (
Figure 112013066448365-pat00017
).

Figure 112013066448365-pat00018
Figure 112013066448365-pat00018

상기 식에서

Figure 112013066448365-pat00019
는 위상 추적기의 추적성능을 결정하는 상수 값으로 설계값으로 시스템에 따라 0과 1사이에서 적정하게 설정하는 값이다. In the above formula
Figure 112013066448365-pat00019
Is a constant value that determines the tracking performance of the phase tracker. It is a value that is appropriately set between 0 and 1 according to the system as a design value.

복소값 추출부(80)는 위상 산출부(70)에서 출력되는 신호로부터 복소값을 추출하여 제1승산기(50)에 제1귀환신호로 출력한다.The complex value extraction unit 80 extracts a complex value from the signal output from the phase calculation unit 70 and outputs the complex value to the first multiplier 50 as a first feedback signal.

즉 복소값 추출부(80)는 산출된 위상

Figure 112013066448365-pat00020
에 대해
Figure 112013066448365-pat00021
값을 추출하여 제1귀환신호로서 제1승산기(50)에 출력한다.That is, the complex value extraction unit 80 extracts the complex value
Figure 112013066448365-pat00020
About
Figure 112013066448365-pat00021
And outputs it to the first multiplier 50 as a first feedback signal.

이러한 3상 교류의 위상 추적기(100)는 추적 대상 3상 교류신호의 각 상의 위상 차이를 반영하여 위상을 추적함으로써 위상 추적 정밀도를 향상시킨다.The phase tracker 100 of the three-phase AC improves the phase tracking accuracy by tracking the phase by reflecting the phase difference of each phase of the three-phase AC signal to be tracked.

20: 2상 변환부 30: 제1가산기
40: 먹스(MUX) 50: 제1승산기
60: 오차 산출부 70: 위상 산출부
80: 복소값 추출부20: two-phase converting unit 30: first adder
40: MUX 50: First multiplier
60: error calculating unit 70: phase calculating unit
80: complex value extraction unit

Claims (4)

3상 교류 전원의 3상 신호를 출력하는 출력단자 각각으로부터 각 상의 신호를 입력받아 직교 좌표상의 2상의 벡터 신호로 변환한 제1 및 제2 신호와 상기 3상 신호를 상호 가산한 제3신호를 출력하는 2상 변환부와;
상기 2상 변환부에서 출력되는 상기 제1신호에 상기 제3신호를 상호 가산하여 출력하는 제1가산기와;
상기 제2신호에 설정된 제1보상값을 승산한 제4신호의 허수부분과 상기 제1가산기의 출력 신호 중 실수부분을 멀티플렉싱하여 출력하는 먹스와;
상기 먹스에서 출력되는 신호와 제1귀환신호를 상호 승산하여 출력하는 제1승산기와;
상기 제1승산기에서 출력되는 신호를 수신받아 위상 오차값을 산출하는 오차 산출부와;
상기 오차 산출부에서 출력되는 신호로부터 3상 위상값을 산출하는 위상산출부와;
상기 위상 산출부에서 출력되는 신호로부터 복소값을 추출하여 상기 제1승산기에 상기 제1귀환신호로 출력하는 복소값 추출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 3상 교류의 위상 추적기.Phase signals from the three-phase AC power source, and a third signal obtained by adding the three-phase signals to the first and second signals converted into the two-phase vector signals on the rectangular coordinate system, A two-phase conversion unit for outputting the two-
A first adder for adding the third signal to the first signal output from the 2-phase conversion unit and outputting the added signal;
A multiplexer for multiplexing and outputting an imaginary part of an output signal of the first adder and an imaginary part of a fourth signal obtained by multiplying the second signal by a first compensation value;
A first multiplier for multiplying a signal output from the MUX with a first feedback signal to output the multiplied signal;
An error calculator for receiving a signal output from the first multiplier and calculating a phase error value;
A phase calculating unit for calculating a three-phase phase value from a signal output from the error calculating unit;
And a complex value extractor for extracting a complex value from the signal output from the phase calculator and outputting the complex value to the first multiplier as the first feedback signal. 제1항에 있어서, 상기 제1보상값은
Figure 112013066448365-pat00022
인 것을 특징으로 하는 3상 교류의 위상 추적기.The method of claim 1, wherein the first compensation value
Figure 112013066448365-pat00022
Phase phase tracker. 제1항에 있어서, 상기 오차 산출부는
Figure 112013066448365-pat00023
에 의해 위상 오차값(
Figure 112013066448365-pat00024
)를 산출하고,
Figure 112013066448365-pat00025
는 상기 먹스의 현재(k) 출력값이며,
Figure 112013066448365-pat00026
는
Figure 112013066448365-pat00027
의 실수부분으로
Figure 112013066448365-pat00028

Figure 112013066448365-pat00029
는
Figure 112013066448365-pat00030
의 허수부분으로
Figure 112013066448365-pat00031

이며,
Figure 112013066448365-pat00032
는 상기 3상 교류전원의 각상의 신호이며,
Figure 112013066448365-pat00033
는 위상 추정값인 것을 특징으로 하는 3상 교류의 위상 추적기.The apparatus of claim 1, wherein the error calculator
Figure 112013066448365-pat00023
The phase error value (
Figure 112013066448365-pat00024
),
Figure 112013066448365-pat00025
Is the current (k) output value of the mux,
Figure 112013066448365-pat00026
The
Figure 112013066448365-pat00027
As a real part of
Figure 112013066448365-pat00028

Figure 112013066448365-pat00029
The
Figure 112013066448365-pat00030
Into the imaginary part of
Figure 112013066448365-pat00031

Lt;
Figure 112013066448365-pat00032
Is a signal of each phase of the three-phase AC power source,
Figure 112013066448365-pat00033
Is a phase estimate. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI > 제3항에 있어서, 상기 위상 산출부는 아래의 수학식
Figure 112013066448365-pat00034

에 의해 위상각을 산출하고,
Figure 112013066448365-pat00035
는 0과 1 사이에서 설정되는 상수값인 것을 특징으로 하는 3상 교류의 위상 추적기.
The apparatus as claimed in claim 3, wherein the phase calculating unit
Figure 112013066448365-pat00034

To calculate a phase angle,
Figure 112013066448365-pat00035
Is a constant value set between zero and one.
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